Cálculo analítico de la potencia nominal en transmisión por correa

Ingeniería Mecánica. Vol. 13. No. 2, mayo-agosto, 2010, p. 49-61
ISSN 1815-5944
Cálculo analítico de la potencia nominal en transmisión por correa
dentada
Gonzalo González - Rey, Maria Eugenia García - Domínguez
Recibido el 9 de abril de 2010; aceptado el 2 de julio de 2010
Resumen
En el contexto de las actuales normas internacionales, no se dispone de información suficiente para
enfrentar el cálculo analítico de la potencia transmisible por una correa dentada. Esta situación
restringe el desarrollo de un cálculo computacional o la estimación de la potencia nominal de las
correas dentadas para casos no contemplados en los datos declarados por los fabricantes y
derivados de ensayos experimentales. Por tal motivo, y con el interés de difundir el cálculo analítico
de la potencia nominal en transmisiones por correas dentadas, se proporcionan en este trabajo
fórmulas de potencias nominales y también términos y factores de corrección apropiados para el
cálculo y estudio de transmisiones por correas dentadas con dos poleas. Además, se presentan
valores óptimos de velocidad de correa para valores obtener valores máximos de potencia
transmisible por una correa dentada en función del paso. Estos resultados han sido base de una
propuesta informativa incorporada a la norma cubana NC-ISO 5295:2010 referida al cálculo de las
potencias nominales de correas dentadas con flancos de perfil recto.
Palabras claves: Correa dentada, potencia nominal, Norma ISO 5295, velocidad óptima.
An analytical calculation of the power rating of synchronous belt drives.
Abstract
In the current context of the International Standards, there is not enough information to face the
analytical calculation of the power rating of synchronous belt drives. It’s practical habitual to use
power rating diagrams or tables offered by belt manufacturers with limitation to implement
computational procedures, and for calculating ratings which are out of the range of speed or number
of teeth of pulleys conditions shown in the power rating diagrams or tables. For such a reason, this
article presents some useful results and detailed formulae based in ISO Standard 5295 for power
ratings, together with appropriate correction terms and analytical factors used in the calculation of
power rating of synchronous belt drives. Formulae and analytical factors for the study and design of
synchronous belt transmissions are presented. Moreover, some results of optimal values of belt
velocity for maximum power capacity are offered. Results presented in this paper were the bases for
an informative proposal annexed to the Cuban Standard NC-ISO 5295:2010 referred to the analytical
calculation of power ratings in synchronous belt drives.
Key words: Synchronous belt drives, power rating, ISO NC Standard 5295, rational belt velocity.
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Cálculo analítico de la potencia nominal en transmisión por correa dentada
1. Introducción.
Entre los años 1940 y 1950, en respuesta a las exigencias de sincronismo y flexibilidad que imponían los
nuevos diseños de la época en los motores de combustión interna y en mecanismos complejos, surgen las
correas y poleas dentadas. Desde entonces, las mejoras constructivas y el conocimiento alcanzado en las
leyes de distribución de carga en los flancos de los dientes engranados entre la correa y las poleas han
contribuido a la aplicación y amplia difusión de esta transmisión en la actualidad. Todo lo anterior, más el
desarrollo de investigaciones orientadas al perfeccionamiento del funcionamiento de las transmisiones por
correas dentadas han permitido que estos accionamientos sean preferidos para trabajar en una amplia gama
de potencias bajas y medias a altas velocidades y con demanda de sincronismo de la transmisión.
La transmisión por correa dentada clasifica como una transmisión por engrane con enlace flexible. El principio
de funcionamiento de estas transmisiones está basado en el engrane preciso entre los dientes de la correa
con las ranuras de las poleas dentadas, caracterizando por la ausencia de un contacto metálico y por no estar
presente el inconveniente efecto cordal detectable en las transmisiones por cadenas de rodillas, con su
nefasta influencia en la irregularidad del movimiento. En esta transmisión tampoco existe el deslizamiento
típico en las correas de fricción ni surgen cargas adicionales por tensión de montaje ni requerimientos de
lubricación, lo que reduce significativamente los costos de mantenimiento.
Actualmente existen tres perfiles típicos para las correas dentadas: el perfil de flanco recto, el perfil de flanco
parabólico y el perfil de flanco curvilíneo. Aunque las correas dentadas con perfiles curvilíneos y parabólicos
se caracterizan por una mejor distribución de la carga y una mayor capacidad de carga, la sencillez
constructiva ha determinado que las correas con perfil de flancos rectos sean las más divulgadas. En la
Figura 1 y en la Tabla 1 se brindan algunas características geométricas de las correas dentadas de perfil de
flancos rectos según ISO 5296-1:1989 [1].
Figura 1 Sector longitudinal de correa dentada de perfil de flanco recto.
Tabla No. 1. Geometría de correas dentadas de perfil recto según ISO 5296-1:1989
Parámetro
Paso pb (mm)
Ángulo de flanco α
Espesor del diente s (mm)
Altura del diente ht (mm)
Altura total hs (mm)
Número mínimo recomendado
de dientes en la polea
XL
5,080
25º
2,57
1,27
2,3
12 – 10
L
9,525
20º
4,65
1,91
3,6
16 – 12
Tipo de perfil
H
XH
12,700 22,225
20º
20º
6,12
12,57
2,29
6,35
4,3
11,2
20 – 17 26 –22
XXH
31,750
20º
19,05
9,53
15,7
26 - 22
La ingeniería en transmisiones por correas y poleas ha promovido por décadas, el desarrollo continúo de
estos accionamientos por muchas vías. En particular, el incremento de la capacidad de trabajo de las correas
dentadas ha mejorado significativamente debido a la introducción de materiales de calidad superior y el
perfeccionamiento de los perfiles de los flancos de los dientes [2] en los órganos de tracción de estas
transmisiones.
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Muchas de las mejoras antes mencionadas, para aumentar la potencia nominal transmisible por las correas
trapeciales, fueron introducidas en la pasada década de los años 80 y 90 [3]. Esta situación, unida a la
introducción de poderosos medios de cómputo con elevadas velocidades de cálculo, motivó el replanteo y
aceptación de mejoradas normas internacionales en relación con las dimensiones de las correas y poleas [4,
5, 6, 7, 8] y el empleo de fórmulas matemáticas [9] que permitieran el calculo computacional de la potencia
nominal por correas correspondientes con un nivel de calidad específico y una duración satisfactoria.
El cálculo analítico de la potencia nominal por correas dentadas en una transmisión puede ser ejecutado en
base a una fórmula matemática con parámetros y factores numéricos correspondientes con un nivel de
calidad específico de las correas y para una vida útil establecida. Estos términos y factores pueden diferir de
una a otra marca de correas, y en un mismo fabricante pueden variar de una calidad de correa a otra, por
consiguiente, la efectividad del uso de la mencionada fórmula matemática depende del conocimiento de los
términos y factores de corrección con empleo en la relación matemática.
En general, en el contexto de las actuales normas internacionales [9], no se dispone de información suficiente
para enfrentar el cálculo analítico de la potencia transmisible por una correa dentada y usualmente se recurre,
para estimar la potencia nominal transmisible por una correa dentada, a procedimientos gráficos o tabulados
que ofertan fabricantes de correas en catálogos técnicos. Esta situación restringe el desarrollo de un cálculo
computacional o la estimación de la potencia nominal de las correas para casos no contemplados en los
datos declarados en la literatura especializada.
Por tal motivo, y con el interés de difundir recientes resultados asociados a la estimación analítica de la
potencia nominal en transmisión por correas dentadas, son mostrados en este trabajo las bases de una
propuesta informativa incorporada a la norma cubana NC-ISO 5295:2009 [10], donde se proporcionan
fórmulas que permiten el cálculo analítico de la potencia nominal y la distancia entre centros de una
transmisión que comprende una correa dentada normalizada y dos poleas correspondientes.
2. Factores con influencia en la potencia nominal de correas dentadas.
Los valores de potencias nominales de las correas dentadas son declarados por los fabricantes. En general,
no se mencionan las bases establecidas para determinar la capacidad de tracción de las correas dentadas.
De la teoría de Elementos de Máquinas [11,12], se conoce que la capacidad de transmisión de las correas
dentadas depende del paso, de la cantidad de dientes engranados entre la correa y las poleas, la resistencia
de las cuerdas de tracción de la correa, la flexibilidad y resistencia al desgaste del material de la correa, la
distribución de los esfuerzos de contacto en el flanco de los dientes y el ancho de engranaje entre la correa y
las poleas.
La variedad de factores que determinan e influyen en la potencia transmisible por las correas dentadas hacen
que la determinación de la capacidad de transmisión de las correas no tenga un fundamento exacto y
absoluto, del cual pueden obtenerse resultados precisos, sino que es un estudio aproximado y relativo, con
muchos componentes del cálculo estadístico. Cuanta más precisión se requiera de la potencia nominal
transmisible de una correa dentada, más datos provenientes de ensayos serán necesarios.
La determinación de la capacidad de tracción en correas dentadas requiere de la realización de una variedad
de ensayos que permitan conocer los valores de carga útil que pueden ser trasmitidos por una correa, en
condiciones establecidas, sin que se produzca una rotura o deformación de los dientes de la correa que
impida un engranaje correcto entre correa y polea y con una duración satisfactoria de la correa.
Usualmente, las condiciones para determinar experimentalmente la carga útil, trasmitida por una correa
dentada con paso definido y un ancho de referencia (básico), consideran una transmisión con carga constante
y suave, con montaje horizontal y con 6 pares de dientes en contacto entre correa y polea [10].
En los manuales de transmisiones por correas [13,14,15,16,17,18], los fabricantes informan sobre los valores
de las potencias útiles nominales de las correas dentadas mediante tablas o gráficos, según el paso de los
dientes en función de la velocidad de rotación y el número de dientes de la polea menor. Esta forma de
presentar la información, aunque de fácil acceso para aquellos diseñadores no especializados en el tema,
limita el desarrollo de un cálculo computacional o la estimación de la potencia nominal de las correas para
casos no contemplados en los datos referidos por los fabricantes.
Para un período de tiempo establecido y bajo condiciones geométricas y ambientales especificadas, a
condición de que la transmisión sea instalada y mantenida siguiendo las normas generalmente aceptadas, es
conociendo que la potencia nominal de una correa dentada es una función del paso entre los dientes en la
correa y en la polea, ancho de la correa, masa por metro lineal de la correa, fuerza máxima admisible de la
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correa, velocidad angular de la polea menor, numero de dientes de la polea menor y numero de dientes en
engranados entre la correa y la polea. Este hecho, permite asumir que pueden ser obtenidas fórmulas para
calcular las potencias nominales de las correas dentadas que, acompañadas por términos y factores de
corrección apropiados para ajustar las condiciones de explotación a las condiciones experimentales de los
ensayos, promoverá la generalización del cálculo analítico de la potencia nominal de las correas dentadas.
3. Estimación analítica de la potencia nominal de correas dentadas.
Aunque no existe una coincidencia exacta de las magnitudes de potencia nominal transmisible por correa
dentada entre los diferentes fabricantes, en la actualidad han tenido aceptación las fórmulas de cálculo
declaradas por la Organización Internacional para la Normalización (ISO). Particularmente, la norma ISO
5295:1987 [9] proporciona fórmulas de potencias nominales, generalmente aceptables y también términos y
factores de corrección apropiados para el estudio y diseño de transmisiones por correas dentadas con dos
poleas. Las fórmulas son válidas, tanto para las correas dentadas previstas en las Normas Internacionales
existentes, como para aquellas correas dentadas que están en estudio y que serán objetos de futuras Normas
Internacionales [9].
Según ISO 5295-1987, el cálculo analítico de la potencia nominal transmisible, considerando su
funcionamiento con carga suave y constante y el esquema de accionamiento de la Figura 2, puede ser
realizado haciendo uso de las siguientes relaciones.

b ⋅m ⋅ v2 
 ⋅ v ⋅ 10 −3 (1)
P =  k Z ⋅ k W ⋅ Ta − s

b so


v=
n1 ⋅ pb ⋅ z1
(2)
60000
p ⋅z
z

Z M = ent  1 − b 2 1 ( z 2 − z1 ) (3)
 2 2⋅π ⋅C

kW
b 
=  s 
 b so 
1,14
(4)
 sí zm ≥ 6 entonces k z = 1

kZ = 
 (5)
 sí zm < 6 entonces k z = 1 − 0,2 ⋅ ( 6 − zm ) 
Siendo:
P:
kz :
kw :
Ta :
bs :
bso :
m:
v:
n1 :
pb :
z1 :
z2 :
zm :
C:
ent ( )
Potencia nominal de la correa (kW)
Factor de engrane de los dientes
Factor de ancho
Fuerza máxima admisible en la correa según ancho de referencia (N)
Ancho de la correa (mm)
Ancho de referencia para el paso de la correa (mm)
Masa lineal de la correa según ancho de referencia (Kg/m)
Velocidad de la correa (m/s)
-1
Frecuencia de rotación la polea menor (min )
Paso de los dientes de la correa y las poleas (mm)
Numero de dientes de la polea menor
Numero de dientes de la polea mayor.
Numero de dientes de la correa engranados con la polea menor
Distancia entre centros de poleas (mm)
Número entero
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Figura 2. Esquema de una transmisión por correa dentada y dos poleas con un montaje horizontal.
El establecimiento de los valores exactos de la fuerza máxima admisible en la correa (Ta) y la masa lineal de
la correa (m), correspondientes con un nivel de calidad específico de las correas y una duración satisfactoria,
se realiza mediante ensayos y mediciones prácticas y deben ser suministrados por los fabricantes de correas.
En la actualidad, existe el inconveniente de que los fabricantes de correas generalmente no declaran los
mencionados parámetros Ta y m en dependencia del tipo de perfil y paso de la correa. Esta situación ha
limitado la aplicación de un cálculo analítico para determinar la potencia útil nominal de las correas dentadas.
Para aquellos casos, en que no se dispone de los equipos y medios necesarios suficientes para el
establecimiento de los valores exactos, en este trabajo fueron determinados los valores medios de la fuerza
máxima admisible en las correas y las masas lineales de correas, correspondientes con un nivel de calidad
específico de las correas para un ancho de referencia según el paso de la correa dentada. Estos valores
fueron determinado mediante un estudio [19] realizado por los autores y especialistas del Comité Técnico de
Normalización Cubano de Elementos de Máquinas.
Con la información obtenida de los catálogos técnicos [13,14,15,16,17,18] y la ayuda de un procedimiento
elaborado en Microsoft Excel fueron calculados valores de fuerza máxima admisible (Ta) con empleo de la
fórmula (5) en función del paso de la correa dentada (pb), de la velocidad de rotación (n1), del número de
dientes de la polea rápida (z1) y de la potencia nominal (Pcatalogo) reportada por el fabricante en el catálogo
técnico para 6 pares de dientes engranados entre correa y polea (kz = 1) con un ancho de referencia (bso).
Ta =
6x107 ⋅ Pcata log o
n1 ⋅ z1 ⋅ pb
(N)
(6)
En el estudio y con empleo de la fórmula (6) fueron valoradas un total de 1128 de combinaciones de fuerza
máxima admisible para los perfiles XL, L, H, XH y XXH de correas dentadas según la información que
declaran 6 fabricantes de correas en catálogos técnicos [13, 14, 15, 16, 17, 18]. Con asistencia del programa
de computación STATGRAPHICS PLUS-5.0 fueron determinados los valores medios de la fuerza máxima
admisible para correas dentadas de flancos rectos. En la determinación de los valores medios estadísticos se
aceptaron resultados con niveles de confianza mayores del 95%.
Desde la Figura 3 y hasta la Figura 7 se muestran las curvas de la distribución de frecuencia de los valores de
fuerza máxima admisible para las correas dentadas con los cinco perfiles rectos analizados. Las mencionadas
figuras exhiben un resumen de los principales resultados del trabajo que se presenta en este artículo.
En la Tabla 2, se brindan información de orientación de los términos y variables necesarios para el cálculo
analítico de la potencia nominal de correas dentadas de perfil de flancos rectos, correspondientes con un nivel
de calidad específico, en base a valores medios de fuerza máxima admisible de las correas y ancho de
referencia (básico) en función del paso de la correa.
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Figura 3. Curva de distribución de frecuencia
de los valores de de fuerza máxima admisible
(Ta) para correas dentadas del perfil recto XL.
Valor medio Ta = 67,89N.
Figura 4. Curva de distribución de frecuencia
de los valores de de fuerza máxima admisible
(Ta) para correas dentadas del perfil recto L.
Valor medio Ta = 243,5N.
Figura 5. Curva de distribución de frecuencia
de los valores de de fuerza máxima admisible
(Ta) para correas dentadas del perfil recto H.
Valor medio Ta = 1892N.
Figura 6. Curva de distribución de frecuencia
de los valores de de fuerza máxima admisible
(Ta) para correas dentadas del perfil recto XH.
Valor medio Ta = 3402N.
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Figura 7. Curva de distribución de frecuencia de
los valores de de fuerza máxima admisible (Ta)
para correas dentadas del perfil recto XXH.
Valor medio Ta = 5194,3N..
Tabla No. 2. Recomendaciones para el cálculo analítico de la potencia nominal de correas dentadas de
valores de fuerza máxima admisible (Ta), masa lineal (m) y ancho de referencia (bso) para un perfil
determinado según el paso (pb) de la correa dentada.
Perfil
XL
L
H
pb
(mm)
5,080
9,525
12,700
bso
(mm)
9,5
25,4
76,2
m
(Kg/m)
0,06
0,26
0,33
Ta
(N)
67,9
243,5
1892,0
XH
22,225
101,6
1,2
3402,0
XXH 31,750 127,0
2,1
5194,3
La Tabla No. 2 debe ser usada con precaución en el cálculo analítico de las potencias nominales de las
correas dentadas con perfiles de flancos rectos, pues los valores pueden tener diferencias, en ocasiones
significativas (hasta ± 18%), con los valores determinados mediante ensayos por los fabricantes de correas.
Esta diferencia se debe a las variaciones de los valores de potencias nominales de las correas de igual
dimensión declarados por fabricantes de correas con niveles variables de calidad en sus producciones.
Aunque el procedimiento para el cálculo de la potencia nominal de correas dentadas es simple, en este
trabajo se ha querido brindar una organización de la estructuración del cálculo de la potencia nominal
previendo que posteriormente pueda ser empleado en un cálculo más amplio con aplicación en transmisión
por correas dentadas. Esta organización ha sido ejecutada en base a establecer un modelo gráficomatemático que interrelacione las características de calidad y geometría de la correa con algunos parámetros
básicos de la transmisión y la potencia transmisible por la correa dentada. Las Figuras 8 y 9 muestran el
modelo matemático y el grafo de solución del problema asociado con el cálculo de la potencia nominal.
Figura 8. Modelo gráfico-matemático que
muestra la interrelación de las características de
calidad y geometría de la correa con algunos
parámetros básicos de la transmisión y la
potencia transmisible por la correa dentada. En
el grafo las relaciones o fórmula se muestran en
forma de octágono y las variables en forma de
círculo. Cantidad de relaciones = 5 y cantidad
de variables = 14.
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Figura 9. Modelo gráfico-matemático de la
solución al problema asociado con el cálculo de
la potencia nominal y derivado del modelo de la
Figura 10.
En la Figura 10 se muestra el procedimiento
para el cálculo analítico de la potencia nominal
de correas dentadas organizado según la
secuencia mostrada en el diagrama de bloque.
En la Figura 10 se muestra el procedimiento para el cálculo analítico de la potencia nominal de correas
dentadas organizado según la secuencia mostrada en el diagrama de bloque.
Figura 10. Diagrama de bloque del cálculo de la potencia nominal transmisible (P) para una correa dentada
con flancos de perfil recto.
4. Algunos resultados de la estimación analítica de la potencia nominal de correas
dentadas.
Con el objetivo de generalizar los resultados del cálculo de la potencia nominal de las correas dentadas
estimada con empleo de las fórmulas y coeficientes declarados en este trabajo, se muestran desde la Figura
11 y hasta la Figura 15 varios gráficos de superficies con los valores de las potencias nominales estimadas
para correas dentadas con pasos entre 5.08mm y 31.75mm, en función de la cantidad de dientes y la
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velocidad de rotación de la polea menor para transmisiones horizontales con dos poleas iguales, con un factor
de engrane de los dientes kZ = 1 y un ancho de correa de bs = 25mm.
Figura 11. Potencia nominal estimada en
kW para una correa dentada XL de ancho
bs = 25mm, con un factor de engrane de
los dientes kZ = 1, en función de la
cantidad de dientes (z1) y la velocidad de
rotación de la polea menor (n).
Figura 12. Potencia nominal estimada en
kW para una correa dentada L de ancho bs
= 25mm, con un factor de engrane de los
dientes kZ = 1, en función de la cantidad de
dientes (z1) y la velocidad de rotación de la
polea menor (n).
Figura 13. Potencia nominal estimada en
kW para una correa dentada H de ancho
bs = 25mm, con un factor de engrane de
los dientes kZ = 1, en función de la
cantidad de dientes (z1) y la velocidad de
rotación de la polea menor (n).
Figura 14. Potencia nominal estimada en
kW para una correa dentada XH de ancho
bs = 25mm, con un factor de engrane de
los dientes kZ = 1, en función de la
cantidad de dientes (z1) y la velocidad de
rotación de la polea menor (n).
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Figura 15. Potencia nominal estimada en
kW para una correa dentada XXH de
ancho bs = 25mm, con un factor de
engrane de los dientes kZ = 1, en función
de la cantidad de dientes (z1) y la velocidad
de rotación de la polea menor (n).
El diseño óptimo de una transmisión por correas dentadas puede estar condicionado por una variedad de
casos de optimización donde la función objetivo, las restricciones y las variables independientes pueden ser
generalmente diferentes en dependencia del problema a solucionar y de las exigencias de la explotación y la
máquina donde sea empleada la transmisión.
En general, buena parte de los problemas de optimización o diseño racional de las transmisiones por correas
involucran la necesidad de trabajar con la máxima potencia nominal y, en estos casos, puede servir de
orientación conocer los valores óptimos de velocidad de trabajo de la correa dentada para obtener la máxima
potencia nominal. En este trabajo, se ha creído conveniente, obtener los valores óptimos de velocidad de
correa dentada para cada paso normalizado de manera que puedan conocerse los valores máximos de
potencia nominal transmisible, en base a las fórmulas matemáticas declaradas en ISO 5295 y los resultados
de los parámetros de la Tabla 2 declarados en este artículo para un nivel promedio de calidad específico de
correa dentada.
En la Tabla 3 se muestran valores óptimos de velocidad según el tipo de correa dentada. Estos valores
óptimos de velocidad fueron determinados con aplicación del método de la primera derivada de la función
objetivo, considerando un factor de engrane de los dientes kZ = 1 y un ancho de correa de bs = 25mm. Un
procesamiento matemático de la ecuación (1) permite obtener la ecuación (7) como la función objetivo de la
potencia de la correa en dependencia de su velocidad.
1.14
b 
kZ ⋅  s 
 bso 
P=
⋅ Ta ⋅ v −
bs ⋅ m ⋅ v 3
bso
(7)
1000
Derivando la ecuación (7) se obtiene:
1.14
b 
kZ ⋅  s 
dP
 bso 
=
dv
⋅ Ta −
3 ⋅ bs ⋅ m ⋅ v 2
bso
(8)
1000
Igualando a cero la ecuación (8) y sustituyendo las constantes declaradas en la Tabla No. 2 correspondientes
a correas dentadas con diferentes pasos se obtienen los valores óptimos de velocidad que hacen máxima la
potencia transmisible por una correa dentada con paso y ancho determinado
Tabla No. 3. Valores óptimos de velocidad de correas dentadas para un máximo de la potencia mecánica
transmisible considerando un factor de engrane de los dientes kZ = 1 y un ancho de correa bs = 25mm.
Perfil
pb
Vopt
(mm)
(m/s)
XL
5,080
20.8
L
9,525
17.6
H
12,700
40.4
XH
22,225
27,9
XXH
31,750
25.6
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La Figura 16 muestra una generalización de los resultados derivados del cálculo analítico de la potencia
transmisible por correa dentada y tomando como base los valores de los coeficientes (ver Tabla 2)
determinados en este trabajo para ser empleados en la ecuación (1). Adicionalmente, en la Figura 16 puede
ser observado el comportamiento de la potencia nominal estimada en función de la velocidad de la correa
dentada y tipo de paso.
Figura 16. Curvas de la potencia nominal estimada P (en kW) para correas dentadas del tipo XL, L, H, XH,
XXH, considerando un factor de engrane de los dientes kZ = 1 y un ancho de correa bs = 25mm, en función de
la velocidad de correa V (en m/s).
En general, los resultados derivados del análisis de los valores óptimos de velocidad de las correas dentadas,
revelan valores entre 17.6 m/s y 40.4 m/s. Se observa que para los mayores pasos corresponden los mayores
valores racionales de velocidad. Particularmente se observa un mayor valor de velocidad óptima en la correa
dentada de perfil H, explicable por ser la correa de mayor aplicación y la que recibe el mejor control de calidad
y se construye con materiales de calidad.
5. Conclusiones.
El cálculo analítico de la potencia nominal transmisible por correas dentadas se basa en fórmulas
matemáticas y análisis estadísticos del comportamiento de los parámetros y factores numéricos
correspondientes con un nivel de calidad específico de las correas y para una duración satisfactoria. Estos
términos y factores pueden diferir de una a otra marca de correas y la efectividad del cálculo analítico de la
potencia nominal depende del conocimiento de los términos y factores de corrección con empleo en la
relación matemática.
En general, en el contexto de las actuales normas ISO [9], no se dispone de información suficiente para
enfrentar el cálculo analítico de la potencia transmisible y usualmente se recurre para estimar la potencia
nominal transmisible a los limitados procedimientos gráficos o tabulados que ofertan fabricantes de correas.
Como resultados derivados del trabajo y presentados en este artículo, fueron mostrados las bases de una
propuesta de anexo informativo incorporado a la norma cubana NC-ISO 5295:2010 [10], donde se
proporcionan fórmulas de potencias nominales (Fórmulas 1, 2, 3, 4, 5) y también factores de corrección
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Cálculo analítico de la potencia nominal en transmisión por correa dentada
apropiados (Tabla 2) para el estudio y diseño de transmisiones por correas dentadas con flancos de perfil
rectos y con dos poleas.
Se presenta un modelo gráfico-matemático que interrelaciona las características de calidad y geometría de la
correa con algunos parámetros básicos de la transmisión y la potencia transmisible por la correa dentada. Las
Figuras 8 y 9 muestran el modelo matemático y el grafo de solución del problema asociado con el cálculo de
las potencias nominales de las correas dentadas. La Figura 10 muestra el diagrama de bloque con la solución
al problema de cálculo de la potencia nominal de una transmisión por correa dentada.
Con el objetivo de generalizar los resultados, las Figura 11-15 muestran gráficos de superficies con valores de
potencias nominales estimadas para correas dentadas en función de la cantidad de dientes y la velocidad de
rotación de la polea menor.
Resultados derivados de los cálculos de potencias nominales estimadas en función de la velocidad de la
correa dentada revelan valores óptimos de velocidad de correa entre 17.6 m/s y 40.4 m/s, en dependencia del
paso. Se observa que para los mayores pasos corresponden los mayores valores racionales de velocidad.
Particularmente se observa un mayor valor de velocidad óptima en la correa dentada de perfil H.
Agradecimientos.
Los autores agradecen a la Ing. Yvelsis Portilla Morales, graduada de la Facultad de Ingeniería Mecánica del
Instituto Superior Politécnico José A. Echeverría, por su valioso aporte a la normalización nacional en el tema
de transmisiones por correas. Sus resultados fueron base de un exitoso de Trabajo de Diploma en Ingeniería
y de varias propuestas de normas NC.
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Gonzalo González Rey; Maria Eugenia García Domínguez.
Departamento de Mecánica Aplicada. Facultad de Ingeniería Mecánica
Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría” – CUJAE
Calle 114 #11901 e/119 y 127. Marianao. La Habana. CP 19390. Cuba
E-mail: cidim@mecanica.cujae.edu.cu, megarcia@mecanica.cujae.edu.cu
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